工程测量课程.ppt

第二章水准测量2.1水准测量原理2.2DS3水准仪和水准测量的工具2.3水准仪的使用2.4水准测量的施测方法2.5水准测量的内业计算2.6水准仪的检验与校正2.7水准测量的误差及注意事项2.8其他水准仪简介,水准测量原理：利用水准仪提供水平视线，读取水准尺的读数，测定两点间的高差，有已知点高程推求未知点高程。如图：hAB=abHB=HA+hAB,大地水准面,Hi,b,HB,HA,hAB,前进方向,高差法,Hi=HA+aHB=Hi-b,视线高法,A,B,当ab时，hAB为正，B高于A；当ab时，hAB为负，B低于A。,a,高差法：利用高差计算高程。（安置一次仪器测定一个前视点高程时采用）视线高法：利用视线高计算高程。（安置一次仪器测定多个前视点高程时采用）水准测量所使用的仪器、工具：水准仪水准尺尺垫,一、水准仪1、水准仪的等级DS05、DS1、DS3、DS10、DS20D大地测量仪器S水准仪数字表示仪器的精度，即每公里往、返测得高差中数的中误差（mm）。水准仪的作用是提供一条水平视线；工程测量中常使用DS3型水准仪，该仪器标称精度为3mm/km。,目镜,水准管目镜,圆水准器校正螺钉,2、DS3型水准仪的,主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。,构造,微倾螺旋,（1）望远镜：用来瞄准远处的水准尺进行读数；,由物镜、目镜、十字丝分划板、调焦透镜、调焦螺旋组成；放大率一般为2530倍。,视准轴：物镜中心与十字丝交点的连线。,（2）水准器水准器的作用：整平仪器，使视准轴处于水平位置。圆水准器作用：粗略整平结构：如图所示精度：一般为810/2mm（气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角）,管水准器作用：精确整平结构：如图所示精度：一般=20/2mm水准管的分划值：气泡中心偏离零点2mm所对的圆心角。公式：分析：R越大，越小，灵敏度越高。DS3:R=20.6265米=20,（3）基座,轴座：承托仪器上部脚螺旋：调节脚螺旋使圆水准器气泡居中连接板：连接三脚架,组成,轴座,脚螺旋,连接板,二、水准尺和尺垫1、水准尺塔尺：可以伸缩，一般全长3m、5m，用于等外水准测量。双面尺：不可伸缩，一般全长3m，用于三、四等水准测量。,2、尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用，防止点位移动和水准尺下沉。,一、操作步骤1、安置仪器高度适中、架头大致水平，固定仪器。2、粗略整平目的：使圆水准气泡居中，视准轴粗略水平。方法（如图所示）：,3、瞄准水准尺目的：使目标和十字丝成像清晰。方法：初步瞄准（用准星对准目标）目镜调焦（使十字丝清晰）物镜调焦（使目标成像清晰）精确瞄准（使纵丝对准目标）,注意：瞄准时应消除视差。视差：当目镜、物镜对光不够精细时，目标的影像不在十字丝平面上，以致两者不能同时被看清。消除方法：仔细进行目镜、物镜调焦。,4、精确整平目的：使水准管气泡居中，视准轴精确水平。方法：调节微倾螺旋，使气泡影像符合。,5、读数用十字丝横丝在水准尺上按从小到大的方向读数，读取米、分米、厘米、毫米（估读数）四位数字。如图的读数0.860m,注意：读数前必须精平，精平后立即读数。,二、一个测站的水准测量工作,A,B,a,b,1、安置仪器于AB之间，立尺于A、B点上；2、粗略整平；3、瞄准A尺，精平、读数a，记录1.568m；4、瞄准B尺，精平、读数b，记录1.471m；,5、计算：hAB=ab=1.568-1.471=0.115m即B点比A点高0.115m。hBA=hAB=0.115m，即A点比B点低0.115m。,三、概念1、测站：测量仪器所安置的地点。2、水准路线：进行水准测量时所行走的路线。3、后视：水准路线的后视方向。4、前视：水准路线的前视方向。5、视线高程：后视高程+后视读数。6、视距：水准仪至标尺的水平距离。7、水准点：水准测量的固定标志。8、水准点高程：指标志点顶面的高程。9、转折点：水准测量中起传递高程作用的中间点。,水准点,一、连续水准测量当两点相距较远或高差较大时，需连续安置水准仪测定相邻各点间的高差，最后取各个高差的代数和，可得到起终两点间的高差。,B,如图：A、B两水准点之间，设3个临时性的转点。h1=a1-b1h2=a2-b2h3=a3-b3h4=a4-b4hAB=h1+h2+h3+h4,A、B两点高差计算的一般公式：hAB=,n为测站数,例：,注意：为保证高程传递的准确性，在相邻测站的观测过程中，必须使转点保持稳定（高程不变）。,A,TP1,TP2,TP3,2.142,B,1.258,0.928,1.235,1.672,2.074,HA=123.446m,HB,大地水准面,前进方向,ATP1,TP1TP2,TP2TP3,TP3B,2.142,1.258,+0.884,0.928,1.235,-0.307,1.664,1.431,+0.233,1.672,2.074,-0.402,计算检核,6.4065.998,ab0.408,0.408,0.408,123.446,123.854,水准测量手簿,已知,（一）、测站检核目的：保证前后视读数的正确。,方法：变动仪器高法、双面尺法,1、变动仪器高法在同一测站上变动仪器高（10cm左右），两次测出高差；等外水准测量其差值|h|6mm，取其平均值作为最后结果。2、双面尺法采用黑红面的水准尺，利用双面的零点差检核观测质量。,（二）、计算检核目的：检核计算高差和高程计算是否正确。检核条件：如上表所示：,等式条件成立，说明计算正确。,二、成果检核,水准测量时，一般将已知水准点和待测水准点组成一条水准路线；在水准测量的施测过程中，测站检核只能检核一个测站上是否存在错误或误差是否超限；计算检核只能发现每页计算是否有误；对一条水准路线来讲必须进行成果检核。,1、水准路线的布设形式附合水准路线（见图1）闭合水准路线（见图2）支水准路线（见图3）,BMA,BMB,1,2,3,4,图1,1,2,3,图3,BMA,1,2,3,4,图2,BMA,2、检核的主要内容闭合差：观测值与理论值的差值。高差闭合差就是高差的观测值与理论值之差；用fh表示，即fh=h测-h理限差：规范规定的的高差闭合差的允许值；用fh允表示。等外水准测量要求：平地：fh允40（mm）L水准路线的长度，单位km。山地：fh允12（mm）n水准路线的测站数。要求：fhfh允,3、不同形式水准路线fh的计算附和水准路线：h测=h1+h2+h3+hnh理=H终H始fh=h测-h理=h测-（H终H始）闭合水准路线：h测=h1+h2+h3+hnh理=0fh=h测-h理=h测支水准路线：h测=h往+h返h理=0fh=h测-h理=h往+h返,一、符合水准路线的内业计算如图为一符合水准路线：,A、B为已知水准点，HA=65.376m，HB=68.623m点1、2、3为待测水准点，各测段高差、测站数、距离见下图：,备注,1,2,3,4,A1,2,3,B,1.08+1.575,1.212+2.036,1.414-1.742,2.216+1.446,5.850+3.315,辅助计算,-0.012,-0.014,-0.016,-0.026,-0.068,+1.563,+2.022,-1.758,+1.420,+3.247,65.376,66.939,68.961,67.203,68.623,符合水准测量成果计算表,已知,已知,1、计算闭合差：,2、检核：,故其精度符合要求。,3、计算改正数分配原则：按与测段距离（或测站数）成正比，并反其符号改正到各相应的高差上，得改正后高差。,按距离：,按测站数：,以第1测段为例，测段改正数为：,检核：,4、计算改正后高差,检核：,以第1测段为例，改正后的高差为：,5、计算高程,如：,检核：,否则说明高程计算有误。,二、闭合水准路线成果计算1、计算闭合差：2、检核：3、计算高差改正数：闭合水准路线的计算与附合水准路线基本相同。,4、计算改正后高差：5、计算各测点高程：,三、支水准路线成果计算,1,1、计算闭合差：,2、检核：,，故精度符合要求。,3、计算高差（取往、返测绝对值的平均值，其符号与往测相同）,4、计算高程,H1=186.785-1.386=185.399m,(HA=186.785m),一、水准仪的主要轴线及应满足的条件主要轴线：视准轴CC水准管轴LL仪器竖轴VV圆水准器轴几何关系：圆水准器轴/仪器竖轴水准管轴/视准轴十字丝横丝竖轴,二、水准仪的检验和校正1、圆水准器的检验和校正目的：使圆水准器轴/仪器竖轴检验：用脚螺旋使圆水准器气泡居中；望远镜旋转180度。若气泡仍居中，满足要求；若气泡不居中，需进行校正。校正：用脚螺旋调气泡偏离值的一半；用圆水准器的校正螺旋再调一半。,2、十字丝横丝的检校和校正目的：使十字丝横丝竖轴检验：精平仪器，十字丝横丝左边对准墙上标志点p；水平微动，p点在横丝上移动，说明十字丝横丝位置正确；否则需要校正。校正：松开十字丝的固定螺旋；微微转动十字丝环座，至p点轨迹与横丝重合；拧紧十字丝的固定螺旋。,十字丝固定螺旋,3、水准管轴的检验与校正目的：使水准管轴/视准轴。检验：在平坦地面选相距80m左右A、B两点，置水准仪于中点C，用变动仪器高法（两次高差之差3mm）测定两点之间的高差h0=a1-b1；,i角视准轴与水准管轴之间的夹角；前后视距相等可以消除。,仪器搬A点附近，测得高差h=a2b2；若h=h0，则水准管轴/视准轴；若h不等于h0，则存在i角。如图：,式中：DAB为AB两点之间的距离,对于DS3水准仪，当时，则需校正。,3、校正转动微倾螺旋，使（此时视准轴水平，水准管气泡不居中）。调节水准管校正螺丝，使符合气泡居中。,误差来源：仪器误差+观测误差+外界条件的影响,一、仪器误差1、仪器校正后的残余误差主要是i角误差。（前后视距相等可消除）2、水准尺误差包括刻划不准、尺长变化、尺身弯曲等误差。（作业前必须检验，前后视尺交替使用、测站数为偶数可减弱或消除）,二、观测误差1、视差（仔细调焦可消除）2、读数误差（减小视线长度、读数认真果断）3、水准器泡居中误差（符合后立即读数）4、水准尺倾斜的影响（认真扶尺、气泡居中）,三、外界条件的影响1、仪器下沉（踩紧脚架、减少观测时间）2、尺垫下沉（尺垫踩实、往返测取中数）3、地球曲率和大气折光（前后视距相等可消除）4、大气温度和风力（打伞遮阳、选择好的天气）,精密水准仪,主要用于一、二等水准测量和精密工程测量。,特点：1、结构精密、性能稳定、测量精度高；2、望远镜放大率不小于40倍；3、水